stringtranslate.com

Колин Питтендрих

Колин Стивенсон Питтендриг (13 октября 1918 г. – 19 марта 1996 г.) [1] был родившимся в Великобритании биологом , который провел большую часть своей взрослой жизни в Соединенных Штатах. Питтендриг считается «отцом биологических часов» и основателем современной области хронобиологии вместе с Юргеном Ашоффом и Эрвином Бюннингом . Он известен своими тщательными описаниями свойств циркадных часов у дрозофилы и других видов, а также предоставлением первых формальных моделей того, как циркадные ритмы вовлекаются (синхронизируются) с локальными циклами света и темноты. [1]

Жизнь

Ранний период жизни

Колин Питтендри родился в Уитли-Бей, на побережье Нортумберленда (сегодня Тайн и Уир ) 13 октября 1918 года. Он получил свою первую степень по ботанике в 1940 году в Университете Дарема, ныне Университет Ньюкасл-апон-Тайн . [2]

Зачисление

Питтендри был отказником по соображениям совести , поэтому во время Второй мировой войны он был направлен на военную службу, чтобы попытаться улучшить производство бананов и других фруктов, которые отправлялись в Великобританию во время войны. Он также работал биологом в Фонде Рокфеллера и правительстве Тринидада, чтобы контролировать малярию вблизи военных баз. Он изучал эпидемиологию малярии, передаваемой комарами, размножающимися в эпифитных бромелиевых («резервуарах», образованных перекрывающимися листьями) в пологе леса. Он провел острые наблюдения за распределением бромелиевых в пологе леса и между контрастными лесными формациями. Он наблюдал суточные ритмы в моделях активности комаров, особенно отмечая, что пиковое время активности было разным для разных видов на разных уровнях полога. Его работа с ритмами укусов этих комаров обусловила развитие его интереса к биологическим ритмам, что позже привело к его экспериментальным исследованиям ритма вылупления у дрозофилы. [3]

Брак и дети

Питтендриг женился на Маргарет «Майки» Дороти Эйтельбах во время войны. Вскоре после этого они переехали в Тринидад и жили в тропическом лесу, где Питтендриг работал над контролем малярии в рамках военных усилий. [4] Он вернулся в Соединенные Штаты в 1945 году. У Маргарет и Колина было двое детей, Робин Рурк, который в настоящее время живет в Луисвилле, штат Колорадо, и Колин-младший, который живет в Бозмене. У Питтендриг были внук и внучка. [1] Питтендриг был заядлым рыболовом и любителем активного отдыха, и он и его жена вышли на пенсию в Бозмене, штат Монтана, из-за своей любви к Скалистым горам . [1]

Академическая карьера

После войны Питтендри поступил в Колумбийский университет , чтобы получить докторскую степень по биологии под руководством эволюционного генетика Феодосия Добжанского . [5] Когда он закончил Колумбийский университет в 1947 году, он присоединился к факультету Принстона , [1] в качестве доцента биологии, где он начал свою работу, касающуюся циркадных ритмов. Во время учебы в Принстоне он получил гражданство США в 1950 году и занимал должность декана аспирантуры с 1965 по 1969 год. [6] [7] Питтендри также работал в различных национальных научных советах, включая Научно-консультативный комитет при администраторе Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства ( НАСА ). [6]

В 1969 году Питтендри покинул Принстон, чтобы присоединиться к факультету Стэнфорда , где он помог основать программу по биологии человека, а затем стал директором Морской станции Хопкинса . [1] Работая директором Морской станции Хопкинса в 1976-1984 годах, Питтендри помог восстановить вековую лабораторию морской биологии Стэнфорда, внедрив современную молекулярную биологию, экологию и биомеханику и превратив станцию ​​в известную и энергичную на международном уровне. [1]

Питтендрих вышел на пенсию из Стэнфорда в 1984 году и переехал в Бозмен, штат Монтана. Здесь он продолжил свои исследования биологических часов, работая с преподавателями и читая лекции в Университете штата Монтана – Бозмен. [1]

Дружба с Юргеном Ашоффом

Питтендриг встретил Юргена Ашоффа в 1958 году, когда Ашофф совершил свой первый визит в Соединенные Штаты. Питтендриг изучал скорость вылупления плодовых мушек, в то время как Ашофф изучал непрерывный циркадный ритм птиц, млекопитающих и людей. Они пришли к двум разным выводам относительно модели увлечения : Ашофф поддерживал параметрическую концепцию увлечения (постепенное увлечение в течение дня), а Питтендриг поддерживал непараметрическую концепцию увлечения (увлечение происходит внезапно и один раз в день). Несмотря на противоположные взгляды, Ашофф и Питтендриг оставались близкими друзьями, и у них был интенсивный обмен заметками и идеями на протяжении всей жизни. Их исследования были описаны Сержем Дааном как «всегда в гармонии, никогда не синхронно». [8]

Научная карьера

Исследования малярии и популяции комаров в Тринидаде (1939 - 1945)

Во время Второй мировой войны Питтендриг был отправлен в Тринидад, чтобы помочь разводить овощи для североафриканской кампании и разработать методы, помогающие контролировать малярию, преследующую войска там. Здесь он сделал важные открытия о привычках размножения комаров и их потребности в водоемах с бромелиевыми водами для размножения. Питтендриг нашел гениальное решение для контроля популяции комаров. Поскольку они размножались в резервуарах с водой, собираясь на этих растениях, устранение резервуаров уничтожало популяцию комаров. Распыление раствора сульфата меди (CuSO4) (нетоксичного для человека) на бромелиевые растения убивало их и разрушало среду размножения комаров. В дополнение к его исследованиям малярии, исследования Питтендригом суточных ритмов активности комаров вызвали у него интерес к биологическим часам, предмету, которым он полностью занялся позже в Принстоне. [9]

Ранние исследования дрозофилы и моделирования захвата (1947-1967)

Питтендрай оказал влияние на установление многих ключевых критериев, которые должна иметь биологическая система, чтобы считаться биологическими часами. Его работа по изучению ритмов вылупления (процесс выхода насекомого из стадии куколки ) Drosophila pseudoobscura [8] продемонстрировала, что 1) ритмы вылупления сохраняются без внешних сигналов (т. е. в постоянных условиях), 2) в отличие от большинства химических реакций, период вылупления остается относительно постоянным при воздействии изменений температуры окружающей среды («температурная компенсация») [10] и 3) ритмы вылупления могут быть связаны световыми циклами, близкими к естественному периоду мух (τ).

Начиная с 1958 года, Питтендри разработал концепцию кривой фазового отклика или PRC. [11] PRC позволила хронобиологам предсказать, как биологическая система будет затронута изменением ее светового графика. PRC, обнаруженные почти одновременно в лабораториях Питтендри и Вуди Хастингса, послужили основой для непараметрической модели увлечения, которая вскоре была предложена Питтендри. Эта непараметрическая модель увлечения предсказала, что разница между периодом окружающей среды (T) и собственным периодом организма (τ) мгновенно корректируется каждый день, когда свет попадает в определенную фазу (φ) цикла, где генерируется фазовый сдвиг (Δφ), равный этой разнице. Это отражено в выражении: Δφ(φ)= τ - T. [8]

Хотя PRC была бесценна для понимания вовлечения, есть несколько заметных проблем с моделью. PRC, хотя и точна в описании ритмов вылупления дрозофилы, имеет проблемы с предсказанием различных аспектов вовлечения млекопитающих. Сжатие субъективных дневных или ночных интервалов у млекопитающих приводит к изменениям в активности, которые не предсказываются PRC. Позже было показано, что эти различия частично обусловлены тем, что τ и PRC являются пластичными сущностями, модифицируемыми посредством вовлечения. Сам Питтендрай признавал, что его модель вовлечения была основана на упрощении и не могла точно моделировать все случаи вождения. Однако эта модель сыграла важную роль в дальнейшем понимании вождения и широко используется сегодня для обучения концепции непараметрического вождения. [8]

Близкий друг Питтендрайта, Ашофф, предложил контрастную параметрическую модель увлечения, в которой он предположил, что свет либо удлиняет, либо укорачивает эндогенный период (τ), одновременно изменяя базовую линию колебания. [8] Эта параметрическая модель предполагала, что свет может влиять на период циркадных колебаний и изменять форму — или форму волны — и уровень, вокруг которого двигалось колебание. Хотя непрерывная модель увлечения Ашоффа в значительной степени отошла на второй план, важно помнить, что вклад Ашоффа помог рассмотреть и объяснить недостатки непараметрической модели увлечения Питтендрайта, которая в настоящее время широко преподается и принимается.

Работа с НАСА

В 1964-65 годах Питтендриг был сопредседателем комитета Национальной академии по исследованию Марса вместе с Джошуа Ледербергом , чтобы выяснить, существует ли жизнь на Марсе. [12] Проект был реализован в Стэнфордском университете и Рокфеллеровском институте в Нью-Йорке, начиная с лета 1964 года и заканчивая в октябре 1965 года. [13] В тот же период он получил грант NASA по экзобиологии за свое исследование «Циркадные ритмы на биоспутнике и на Земле», [14] в котором изучалось, как пребывание на орбите может влиять на циркадные ритмы (хотя неясно, какие организмы он изучал, и более поздних публикаций по этому исследованию найти не удалось). Питтендриг также был вовлечен в антизагрязнительную группу в Международном комитете по исследованию космоса (COSPAR), [6] которая занимается риском загрязнения Марса жизнью с Земли и тем самым уничтожением возможности человека узнать, возникла ли жизнь на Марсе спонтанно. В 1966 году Питтендрай стал соавтором книги «Биология и исследование Марса: отчет об исследовании», в которой описываются результаты экзобиологического исследования 1964–1965 годов. [13]

Исследование циркадного ритмоводителя ночных грызунов (1973)

Питтендри и Даан опубликовали набор из пяти статей, в которых сообщалось о результатах исследований свойств циркадных пейсмейкеров ночных грызунов. Ниже приведены некоторые основные результаты:

Система с одним импульсом [15] Вместо того, чтобы освещать грызунов светом в течение длительного непрерывного периода (например, 12 часов) для представления «дневного времени», Питтендрай показал, что 15-минутный световой импульс, освещенный в течение субъективной ночи, достаточен, чтобы вызвать сдвиг фазы у животных. Это подтверждает непараметрическое свойство циркадных часов.

Межвидовые и внутривидовые различия [16] в ответах на световые импульсы (т. е. разница в PRC) Независимо от того, принадлежат ли они к одному виду или нет, грызуны с более длинным периодом (τ) имеют большую зону опережения в своем PRC, потому что им нужно чаще иметь фазовые задержки, чтобы подстроиться под местное время (24 часа). Обратное верно для грызунов с более коротким периодом (τ). Это имеет значение для реальной жизни, так как большинство дневных организмов, включая людей, имеют периоды длиннее 24 часов; поэтому они, как правило, имеют большую зону опережения в своем PRC. Ночные животные, с другой стороны, часто имеют периоды короче 24 часов; таким образом, они имеют большую зону задержки.

Двухимпульсная система (или скелетный фотопериод) [17] Чтобы проверить эффект фотопериодизма (т. е. изменение продолжительности дневного времени), Питтендри и Даан изобрели двухимпульсную систему с одной вспышкой на рассвете и другой вспышкой в ​​сумерках, и изменяя интервал между двумя световыми импульсами, чтобы имитировать изменение фотопериодов. Когда фотопериод (т. е. дневное время) становится длиннее 12 часов, происходит скачок фазы (также называемый скачком ψ, где ψ — фазовый угол захвата), когда исходная ночная активность переходит в теперь более длинное дневное время, и ψ резко меняется, поскольку часы теперь воспринимают второй световой импульс как начало света и начало дня. Тем не менее, в природе, где фотопериод завершен (т. е. свет постоянно светит в течение всего дня), скачок ψ не наблюдается. Это подтверждает модель Ашоффа параметрического эффекта света.

Модель двойного осциллятора [18] При постоянном освещении и высокой интенсивности света Питтендри наблюдал, как локомоторная активность хомяков разделилась на две части, каждая из которых имела свой собственный период. Таким образом, он предложил модель двойного осциллятора E & M (вечер и утро). Обычно два осциллятора связаны друг с другом и генерируют промежуточный период свободного бега, который мы обычно измеряем. Однако при постоянной высокой интенсивности света два осциллятора расцепляются, и каждый свободно бежит со своим собственным периодом, пока они не стабилизируются на расстоянии 180° друг от друга или не воссоединятся снова. Их влияние друг на друга больше, когда их пики активности находятся ближе друг к другу. Модель количественно учитывает τ и α, суммированные в правиле Ашоффа, и последствия для периода свободного бега предсказываются на основе предшествующей истории света и темноты.

По мере развития технологий молекулярной биологии исследователи обнаружили множество молекулярных доказательств модели двойного осциллятора E&M. Например, эксперименты с клетками, продуцирующими PDF (фактор диспергирования пигмента) у дрозофилы, показывают, что PDF достаточен для генерации утренней активности, не оказывая при этом никакого влияния на вечерний пик. У млекопитающих, в то время как у обычного хомяка SCN ( супрахиазматическое ядро ) (основной циркадный пейсмекер у млекопитающих) с двух сторон находятся в фазе друг с другом, у разделенного хомяка SCN находятся в противофазе друг с другом. Текущие исследования пытаются охарактеризовать вечерний осциллятор и изучить взаимодействия между осцилляторами E&M.

Более поздние исследования (1989)

Последняя часть исследований Питтендрайта посвящена изучению температурной зависимости фотопериодических реакций у дрозофилы. [19] Эта работа имела решающее значение для разработки кривой фотопериодического отклика (PPRC), фазовой кривой отклика, которая учитывает сезонные изменения продолжительности дня при описании увлечения. Он предложил еще одну модель двойного осциллятора, в которой главный осциллятор чувствителен к свету, а подчиненный — к температуре. Эта модель объясняет его наблюдения за наблюдением значительных реакций увлечения на различную фотостимуляцию и наблюдением ослабленных, но все еще значительных реакций на изменение температуры. Питтендрайт также сотрудничал с Кнопкой в ​​изучении мутантов дрозофилы per (которые генетически имеют более длинные или короткие внутренние периоды из-за мутации в гене per) и их различных реакций увлечения на температурные и световые стимулы. [20] У пермутантов нарушена температурная зависимость, что говорит о том, что активность температурного осциллятора у мутантов снижена по сравнению с диким типом. Это еще одно доказательство, которое поддерживает систему двойной модели температуры и света.

Хронология достижений

Должности и почести

Ссылки

  1. ^ abcdefghijklmnopq [1] «Колин Питтендри, «отец биологических часов», умер в возрасте 77 лет», 25 марта 1996 г., дата обращения 9 апреля 2011 г.
  2. ^ Menaker, M (май 1996). "Colin S. Pittendrigh (1918-96)". Nature . 381 (6577): 24. Bibcode :1996Natur.381...24M. doi : 10.1038/381024a0 . PMID  8609980. S2CID  4259197.
  3. ^ Питтендри, Колин (март 1948 г.). «Комплекс бромелиевых-анофелес-малярии в Тринидаде. I-Бромелиевая флора». Эволюция . 2 (1): 58–89. дои : 10.2307/2405616. JSTOR  2405616. PMID  18860235.
  4. ^ «Некролог Маргарет Дороти Эйтельбах» (PDF) . {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  5. ^ "Архивная копия" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2011-09-28 . Получено 2011-04-27 .{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )«Памятная резолюция: Колин С. Питтендри»
  6. ^ abcd Чарльз Криси (11 апреля 1963 г.). «Моральная проблема отклонена – Питтендрай размышляет о жизни на Марсе». The Daily Princetonian . 87 (45).[ постоянная мертвая ссылка ]
  7. ^ "История". Высшая школа Принстонского университета . Получено 17 июля 2021 г.
  8. ^ abcde Daan, Serge (2000). «Colin Pittendrigh, Jürgen Aschoff, and the Natural Entrainment of Circadian Systems». Journal of Biological Rhythms . 15 (3): 195–207. doi :10.1177/074873040001500301. PMID  10885874. S2CID  12727467.
  9. ^ Джонсон, Карл Хирши (2006). «Воспоминания последнего аспиранта Питтендри» (PDF) . RESONANCE. стр. 22–31.
  10. ^ Питтендри, Колин С. (1954), «О независимости температуры в системе часов, контролирующей время появления дрозофилы», Proc Natl Acad Sci USA , 40 (10): 1018–1029, Bibcode : 1954PNAS...40.1018P, doi : 10.1073/pnas.40.10.1018 , PMC 534216 , PMID  16589583 
  11. ^ Питтендри, CS. «Перспективы изучения биологических часов». Перспективы морской биологии, AA Buzati-Traverso, ред., 239-268, Издательство Калифорнийского университета, Беркли.
  12. ^ Эдвард Клинтон Эзелл; Линда Ньюман Эзелл. «На Марсе: исследование Красной планеты, 1958-1978 — история НАСА». {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  13. ^ ab Колин С.; Вишняк, Вольф; Пирман, Дж. П. Т. Питтендри. «Биология и исследование Марса: отчет об исследовании под эгидой Совета по космическим наукам, Национальный исследовательский совет Национальной академии наук, 1964-1965». {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  14. ^ Стивен Дж. Дик. «Живая Вселенная: НАСА и развитие астробиологии (2005)». {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  15. ^ Daan, S; CS Pittendrigh (1976). "Функциональный анализ циркадных пейсмейкеров у ночных грызунов" (PDF) . Журнал сравнительной физиологии A . 106 (3): 223–355. doi :10.1007/BF01417856. hdl : 11370/a0ac007f-1846-41fd-8497-eacc8f626322 . S2CID  11553415.
  16. ^ Даан, С.; Ч. С. Питтендри (1976). «Функциональный анализ циркадных водителей ритма у ночных грызунов — II. Изменчивость кривых фазового ответа». Журнал сравнительной физиологии A. 106 ( 3): 253–266. doi :10.1007/bf01417857. S2CID  7164170.
  17. ^ Даан, С.; Ч. С. Питтендри (1976). «Функциональный анализ циркадных водителей ритма у ночных грызунов — IV. Учет: водитель ритма как часы». Журнал сравнительной физиологии A. 106 ( 3): 291–331. doi :10.1007/bf01417859. S2CID  34222197.
  18. ^ Даан, С.; Ч. С. Питтендри (1976). «Функциональный анализ циркадных водителей ритма у ночных грызунов — V. Структура водителей ритма: часы на все времена года». Журнал сравнительной физиологии . 106 (3): 333–355. doi :10.1007/bf01417860. S2CID  206794951.
  19. ^ Шарма, Виджай Кумар (май 2006 г.). «Питтендри: Дарвиновский наблюдатель за часами» (PDF) . РЕЗОНАНС. стр. 31–41.
  20. ^ Konopka RJ, Pittendrigh C, Orr D (сентябрь 1989 г.). «Взаимное поведение, связанное с измененным гомеостазом и светочувствительностью часовых мутантов Drosophila». J Neurogenet . 6 (1): 1–10. doi :10.3109/01677068909107096. PMID  2506319.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  21. ^ "История членства в APS". search.amphilsoc.org . Получено 2022-06-23 .

Внешние ссылки